20155239吕宇轩 Linux下IPC机制

- 共享内存

原理：把所有需要使用的共享数据都存放在共享内存区域中,任何想要访问这些共享数据的进程都必须在自己的进程地址空间中新增加一块内存区域,用来映射存放共享数据的物理内存页面;也就是说,任何想要访问这些共享数据的进程都必须把存放共享数据的物理内存页面的全部地址空间都映射到自己的进程地址空间中。
System V共享内存通过系统调用shmget（）来获得或创建一个IPC共享内存区域,并返回这个共享内存区域的唯一标识符.内核在保证系统调用shmget()获得或创建一个共享内存区域,并初始化该共享内存区域对应的shmid_kernel结构的同时,还将在特殊文件系统shm中创建或打开一个同名的文件,并在内存中建立起该文件的struct dentry和struct inode结构,新建的文件不属于任何一个进程(任何进程够可以访问该共享内存区域).所有这一切操作都是系统调用shmget()完成的

遇到的问题：

一：什么是System V？

答：Unix操作系统众多版本中的一支，第四版本，是最成功的版本，成为一些UNIX共同特性的源头。

二：什么是struct dentry和struct inode结构？

答：内核中用inode结构表示具体的文件，dentry 的中文名称是目录项，是Linux文件系统中某个索引节点(inode)的链接。这个索引节点可以是文件，也可以是目录。inode（可理解为ext2inode）对应于物理磁盘上的具体对象，dentry是一个内存实体，其中的d_inode成员指向对应的inode。也就是说，一个inode可以在运行的时候链接多个dentry，而d_count记录了这个链接的数量。

管道

管道通信的原理：内核维护的一块内存，有读端和写端（管道是单向通信的）；
管道通信的方法：父进程创建管道后fork子进程，子进程继承父进程的管道fd。
管道通信的限制：只能在父子进程间通信、半双工。
管道通信的函数：pipe、write、read、close。
一个管道是一个字节流（无边界，顺序的）
从管道中读取数据（读空管道将阻塞，读端遇0为关闭）
管道是单向的

管道的容量是有限的

  #include <unistd.h>
  int pipe(int filedes[2]);

成功的pipe()调用会在数组filedes中返回两个打开的文件描述符：一个表示管道的读取端（filedes[0]），另一个表示管道的写入端（filedes[1]）。与所有文件描述符一样，可以使用read()和write()系统调用来在管道上执行I/O，管道上的read()调用会读取的数据量为所请求的字节数与管道中当前存在的字节数两者之间较小的那个，但当管道为空时阻塞。

FIFO（命名管道）

FIFO与管道类似，它们最大的差别是，FIFO在文件系统中拥有一个名称，并且其打开方式与打开一个普通文件是一样的，这样就能够将FIFO用于非相关进程之间的通信。

 1.使用mkfifo命令可以在shell中创建一个fifo
 2.$ mkfifo [-m mode] pathname

mkfifo()函数创建一个名为pathname的全新FIFO。大多数UNIX实现提供了mkfifo()，它是构建于mknod()之上的一个库函数。一旦FIFO被创建，任何进程都能够打开它，只要它能够通过常规的文件权限检测。

  1。#include <sys/stat.h>
  2.int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

在大多数UNIX实现（包括Linux）上，当打开一个FIFO时可以通过指定O_RDWR标记来绕开打开FIFO时的阻塞行为，这样open()就会立即返回，但无法使用返回的文件描述符在FIFO上读取和写入数据。这种做法破坏了FIFO的I/O模型，SUSv3明确指出以O_RDWR标记打开一个FIFO的结果是未知的，因此出于可移植性的原因，开发人员不应该使用这项技术。对于那些需要避免在打开FIFO时发生阻塞地需求，open()的O_NONBLOCK标记提供了一种标准化的方法来完成这个任务。

信号

信号机制是unix系统中最为古老的进程之间的通信机制，用于一个或几个进程之间传递异步信号。信号可以有各种异步事件产生，比如键盘中断等。shell也可以使用信号将作业控制命令传递给它的子进程。
在此列出几个简单使用方法定义：

 #include <sys/types.h>   
 #include <signal.h>   
 void (*signal(int sig,void (*func)(int)))(int); //用于截取系统信号，第一个参数为信号，第二个参数为对此信号挂接用户自己的处理函数指针。返回值为以前信号处理程序的指针。  
 eg.int ret = signal(SIGSTOP, sig_handle);

由于signal不够健壮，推荐使用sigaction函数。

 int kill(pid_t pid,int sig); //kill函数向进程号为pid的进程发送信号，信号值为sig。当pid为0时，向当前系统的所有进程发送信号sig。  
 int raise(int sig);//向当前进程中自举一个信号sig, 即向当前进程发送信号。  
#include <unistd.h>   
 unsigned int alarm(unsigned int seconds); //alarm()用来设置信号SIGALRM在经过参数seconds指定的秒数后传送给目前的进程。如果参数seconds为0,则之前设置的闹钟会被取消,并将剩下的时间返回。使用alarm函数的时候要注意alarm函数的覆盖性，即在一个进程中采用一次alarm函数则该进程之前的alarm函数将失效。  
int pause(void); //使调用进程（或线程）睡眠状态，直到接收到信号，要么终止，或导致它调用一个信号捕获函数。

问题一：什么是消息队列？

经过网上查资料学习，消息队列是SystemV版本中三种进程通信机制之一，另外两种是信号量和共享存储段。消息队列提供了进程间发送数据块的方法，而且每个数据块都有一个类型标识。消息队列是基于消息的，而管道是基于字节流。创建的消息队列，生命周期随内核，只有内核重启或用户主动去删除，才可以真正关闭消息队列。

有关命令：

ipcs -q 消息队列列表
ipcrm -q msqid(要删除的消息队列ID)

消息队列相关函数

ftok函数

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/types.h>
key_t ftok(const char* path, int id);

ftok 函数把一个已存在的路径名和一个整数标识转换成一个key_t值，即IPC关键字
path 参数就是你指定的文件名（已经存在的文件名），一般使用当前目录。当产生键时，只使用id参数的低8位。
id 是子序号，只使用8bit （1-255）
返回值：若成功返回键值，若出错返回（key_t）-1

msgget函数

  #include <sys/msg.h>
  #include <sys/ipc.h>
  int msgget(key_t key, int msgflag);